Conceptos Básicos de circuitos en serie, paralelos y mixtos

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Electrónica Básica: Circuitos en serie, paralelo y mixto; Ley de Watt, Ohm y
Kirchow
Jafet S. Valencia O.
Departamento de Ingenierías: Tecnología en Desarrollo de Software
Electrónica Básica G101
21/03/2021

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Circuito en serie
Es un recorrido sin bifurcaciones, es decir, genera una sola ruta que pasa por todos los
componentes. Así mismo, se estructura de manera secuencial entre los polos de su fuente.
Algunos ejemplos de la vida real son las luces de navidad y elementos de transmisión de chispa
en el encendido de estufas a gas.
Ahora, este circuito hace que la corriente sea constante a través del cableado, pero tiene efectos
sobre el voltaje, el cual virará según la resistencia del componente adosado a la pista
conductora. También, la aplicación de la ley de voltajes de Kirchow en estos circuitos es un
medio para el cálculo de estos voltajes.
En la imagen se presenta un circuito en serie, su alimentación consiste en una batería de 1.5
voltios

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Para calcular la resistencia total recurrimos a la ley de Ohm, ella estable que intensidad es
directamente proporcional a la tensión e indirectamente proporcional a la resistencia:
I = V/R
Entonces, al ingresar la resistencia total en R y el voltaje total en V podemos encontrar la
intensidad.
1,66mA = 1.5V / 900Ω
El voltaje en R1, R2 y R3 se encuentra añadiendo la resistencia local a la ecuación; el amperaje
es equivalente en todo el circuito en serie.
VR1 = 0.166V = 1,6mA * 100Ω
VR2 = 0.833V = 1,6mA * 500Ω
VR3 = 0.50V = 1,6mA * 300Ω
Luego, al extenderse a la ley de voltajes de Krichow, encontramos que la suma de estos voltajes
menos el voltaje de la fuente es igual a cero
VR1 + VR2 + VR3 = 1.5V
El voltaje de la fuente es Vf, que es igual a 1.5V en este caso
Vf - (VR1 + VR2 + VR3) = 0

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Circuito en paralelo
Este circuito tiene una distribución en ramas, se divide entre múltiples pistas, es decir, sus
componentes están descentralizados, ya que hay múltiples rutas con partes similares o
diferenciadas en el cableado. Así, en el hogar existen circuitos en paralelo entre los elementos
como iluminación, electrodomésticos, motores y aparatos HVAC (Heat, Ventilation, Air-
Conditioning) respecto de la alimentación eléctrica.
Las consecuencias de este circuito sobre las variables de la potencia son las opuestas al circuito
en serie; el voltaje es constante en el sistema, pero el amperaje varía entre componentes.
Cuando se unen circuitos en paralelo y en serie forman un sistema mixto, que aplica los
principios de ambos diseños de manera local, así los cálculos en ellos requieren una revisión de
cada parte por separado
De momento, revisemos un circuito en paralelo

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Circuito en paralelo con alimentación de batería de 9V, se aprecian cuatro resistores divididos en
tres rutas distintas
Para empezar, se debe calcular la resistencia total, esta es el resultado del número inverso de de
sumar las fracciones del número uno (1) entre la resistencia de cada ruta
Resistencia total Rt
Rt = 1 / [ 1/R4 + 1/(R7+R5) + 1/R6] = 120Ω
Luego, se puede hallar el amperaje total At al aplicar la ley de Ohm
At = 9V / 120Ω = 75mA
El amperaje local en R4, R6 y R5+R7 se encuentra del mismo modo
AR4 = 9V / 1200Ω = 7.5mA
A(R5+R7) = 9V / 200Ω = 45mA
A(R6) = 9V / 400Ω = 22.5mA
Entonces, la suma de los amperajes es igual al amperaje total
AR4 + A(R5+R7) + AR6 = At = 75mA

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Ley de Ohm
La intensidad es directamente proporcional al voltaje e indirectamente proporcional a la
resistencia; también, el voltaje es el producto de intensidad y resistencia.
Amperaje = Voltaje / Resistencia Ω
Ley de la potencia de Watt
Permite cuantificar el consumo o la potencia de un aparato eléctrico, se mide con la unidad de
Watts o Vatios (W). Además, implica la corriente y la tensión.
Potencia(Watts)=Tensión(Voltios)∗ Intensidad( Amperaje)
El primer circuito cuenta con un vatiaje de 2,49 mW
El segundo circuito muestra un consumo de 0,675 W
De esta fórmula se derivan unas adicionales:
Voltaje=
W (Trabajo)
Q(Carga)
Intensidad=
Q(Carga)
T (Tiempo)
Potencia=V (Tensión)∗ I ( Amperaje)= (W
Q )∗(Q
T )=
W
T
También, se puede decir al reemplazar Amperaje en la fórmula por sus constituyentes en la ley
de ohm:

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P=
V2
Ω
Igualmente, al reemplazar Voltaje en la fórmula por sus constituyentes en la ley de ohm:
P=I
2
∗ Ω
Ley de voltajes de Kirchow
La suma de los voltajes de un circuito menos la tensión de la fuente es igual a cero.
Significa que el flujo de voltaje se puede analizar como corrientes proporcionales y opuestas, la
de la fuente y la de los constituyentes del circuito.
Vf (Voltaje fuente)=V 1(Voltaje1)+V 2(Voltaje 2)+V 3(Voltaje 3)...Vn(Voltaje N )
Es decir, existe una caída de voltajes que se puede analizar como una corriente en el sentido del
voltaje de fuente, en este caso el mismo de las manijas del reloj.

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Para el ejemplo anterior podemos analizar la dirección de flujo para cada componente

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Entonces, al tratarse de un circuito mixto, se analiza cada malla de manera independiente. El
objetivo es encontrar la intensidad o amperaje de cada malla (Ia (Intensidad A) e Ib (Intensidad
B)); luego, con ley de Ohm se encuentran los voltajes en cada componente.
Algunos elementos, especialmente aquellos que están entre ambos flujos (R2 y V3), tienen un
peso ambivalente en la suma de voltajes, es decir, provocan una caída de voltaje con la corriente
a la que se oponen, pero, tienen una corriente favorable a la de la fuente gracias al flujo opuesto.
Ahora, para resolver el ejercicio generamos un análisis de esas caídas de voltajes, a la izquierda
de la ecuación colocamos los voltajes a favor (los de la fuente) y a la derecha los voltajes en
contra del flujo. Para la malla A:

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V 1+V 2=R 2+V 3+Lamp1
Reemplazamos con voltaje en los puntos que conocemos, y en los puntos que no conocemos
hacemos uso de la ley de Ohm (Voltaje=Intensidad(amperaje)∗Ω(resistenciaohm))
17=[20Ω∗(Ia−Ib)]+[5]+[30Ω∗Ia]
Malla A 15=[50Ω∗Ia]−[20Ω∗Ib]
Ahora, con la malla B:
V 3=R1+R2+R3+R 4
5=[100Ω∗Ib]+[20Ω∗Ib]−[20Ω∗Ia]+[500Ω∗Ib]+[2000Ω∗Ib]
Malla B 5=[2620Ω∗Ib]−[20Ω∗Ia]
Con esta información podemos despejar las para obtener sus amperajes
Ia=
197
653
=0.30168...
Ib=
11
2612
=0.004211...
En este punto podemos multiplicar los amperajes correspondientes con las resistencias locales
para obtener su voltaje. Además, es necesario restar el amperaje menor del amperaje mayor así
(Ia-Ib=I) para obtener la intensidad en R2
Voltajeen Lamp 1=Ia(Intensidad A)∗30Ω
Voltajeen R1=Ib(Intensidad B)∗100Ω

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Voltajeen R2=(Ia−Ib Intensidad A menosIntensidad B)∗20Ω
Voltajeen R3=Ib(Intensidad B)∗500Ω
Voltajeen R 4=Ib(Intensidad B)∗2000Ω
Lamp1 = 9.05 Volts
R1 = 0.4211 Volts
R2 = 5.949 Volts
R3 = 2.1056 Volts
R4 = 8.4226 Volts
Bibliografía
- D. Marcela R.; Variables Eléctricas; Documento de apoyo; Institución Educativa Pascual
Bravo; Curso de Electrónica Básica; 2020
- M. Robbins., H. Evans; CircuitLab; Plataforma de diseño de circuitos; Recurso Web;
Recuperado de www.circuitlab.com; 2020